嵌入式學習筆記 -- 基礎與硬體

一、嵌入式系統概述

inter推出16位8096系列，稱之為嵌入式微控制器。

嵌入式系統:是一種計算機硬體和軟體的組合，也許還有機械裝置，用于實作一個特定功能。

1.1.1嵌入式系統的定義–各地區不同的定義

《中國國家标準GB/T22033-2008資訊技術–嵌入式系統術語》：嵌入式系統是置入應用對象内部起資訊處理和控制作用的專用計算機系統。

IEEE（國際電機工程師協會）：嵌入式系統是“控制、監視或者輔助機器和裝置運作的裝置”。

維基百科:嵌入式系統是一種用計算機控制具有功能的較小的機械或電氣系統，且經常有實時性限制，在被嵌入到整個系統中時一般會包含硬體和機械部件。

從計算機本身角度概括表述嵌入式系統：

嵌入式系統、即嵌入式計算機系統，它是不以計算機面目出現的“計算機”，這個計算機系統隐含在各類具體的産品之中，這些産品中，計算機程式起到重要作用。

1.1.2嵌入式系統的由來及發展史–總覽及ARM公司介紹

1946年：誕生了世界上第一 台電子數字計算機 （ENIAC）

1971年：Intel公司推出了單晶片4004微處理器[全球第一款微處理器]（MPU）

80年代：逐漸出現了16位 、32位微控制器 （MCU）

90年代：數字信号處理器（DSP） 、片上系統（SoC）得到 了快速發展。

21世紀：嵌入式系統晶片制造技 術快速發展，融合了以 太網與無線射頻技術， 成為物聯網（IoT）關鍵 技術基礎

ARM即Advanced RISC Machines的縮寫，1990年成立， 90年代，ARM的32位嵌入式 RISC處理器擴充到世界各地, 75％以上的市場佔有率. 1993年，ARM公司釋出 了全新的ARM7處理器核 心。2004年開始，Arm公司在經典微處理器Arm11後，開始用Cortex命名，并分為A（應用處理器系列），M（微控制器系統），R（實時處理器系列）。2011年推出首款64位架構ARMV8

1.1.3嵌入式系統分類–按照應用範圍将嵌入式系統分為兩大類

1.電子系統智能化的微控制器(注重軟硬體協同)

主要用于工業控制，現代農業，家用電器，汽車電子，測控系統，資料采集等，一般稱之為微控制器(MCU)，這類嵌入式系統産品、從形态上看，更類似于早期的電子系統，但内部計算程式啟核心控制作用。

2.計算機應用延生的應用處理(以軟體為主)

主要用于平闆電腦，智能手機，電視機頂盒，企業網絡裝置等。這類應用所使用的嵌入式處理器一般稱之為應用處理器(Application Processor)，這類嵌入式産品，從形态上看，更接近通用計算機系統。開發方式上，也類似于通用計算機的軟體開發方式。

1.1.4嵌入式系統的特點–與通用計算機對比

1.不以計算機面目出現：隐含種類衆多的具體産品中，晶片種類繁多，而應用對象大小各異。
2.需要專用工具和方法：要有一套與相應晶片配套的開發工具和開發環境。
3.使用MCU設計系統：以MCU為核心的嵌入式系統，其程式被固化到非易失存儲器（FLASH）中，變量及堆棧使用RAM存儲器。
4.涉及何種軟硬體知識：嵌入式系統專用性很強，通常是用在特定應用領域，進行嵌入式系統的開發，還需要對領域 知識有一定的了解。
           

1.2.1學習困惑，知識體系及學習建議

1.選微處理器還是應用處理器作為入門晶片

建議:選擇題控制器作為入門晶片，且從不帶作業系統學起。

2.開始學習時，是無作業系統(NOS)，實時作業系統(RTOS),還是一般嵌入式作業系統(EOS)?

建議:先把嵌入式系統軟體和硬體基礎打好，再根據實際使用需要，旋轉一種實時作業系統(RTOS)進行實踐。

3.如何平衡學習軟體與硬體之間的關系？

建議：要在一耳光大的架構内協調工作，同時打好嵌入式系統的硬體與軟體基礎 .

4.知識體系:

.掌握硬體最小系統與軟最小系統架構

.掌握常用基本輸出的概念，知識要素，建構使用方法及建構設計方法。

.掌握常用應用子產品的建構設計方法及使用方法及資料處理方法。

掌握一門實時作業系統RTOS的基本用法與基本原理。

5.學習建議:

1、遵循“先易後難，由淺入深”的原則，打好軟硬體基礎。
2、充分了解知識要素、掌握底層驅動構件的使用方法
3、基本掌握底層驅動構件的設計方法。
4、掌握單步跟蹤調試、打樁調試、printf輸出等調試手段。
5、日積月累，勤學好問，充分利用本書及相關資源。
           

1.3.1MCU簡介

MCU是單片微型計算機（單片機）的簡稱，早期的英文名是Sing-chip Microcomputer，後來大多數稱之為微控制器(Microcontroller)或嵌入式計算機(Embedded computer)。MCU的基本含義是：在一塊晶片内內建中央處理單元（CPU，Central Processing Unit）、存儲器(RAM/ROM等)、定時器/計數器及多種輸入輸出（I/O）接口的比較完整的數字處理系統。

在MCU出現之前，人們必須用模拟電路，數字電路實作測控系統的大部分計算與控制功能，這樣使得系統體積龐大，易出故障。MCU出現以後，核心變成MCU,系統中的大部分計算與控制功能由MCU的軟體實作。其它電子線路成為MCU的外圍接口電路，承擔着輸入，輸出與執行動作等功能，而計算、比較與判斷等原來必須用電路實作的功能，可以用軟體取代，大大地提高了系統的性能與穩定性。這種控制技術稱之為嵌入式控制技術。

1.3.3應用處理器簡介–應用處理器基本概念

應用處理器的全名是多媒體應用處理器（Multimedia Application Processor），簡稱MAP.它是低功耗CPU的基礎上擴充音頻功能和專用接口的超大規模內建電路，是伴随着攜帶移動裝置特别是智能手機而産生的(例如：麒麟960，蘋果A12)

應用處理器特點：1.低功耗2.體積微小3.高性能

MAP應用處理器接口更豐富，MAP不僅包含MCU接口，還因為應用處理器的場景有多媒體，與PC友善互聯等 需要，是以其接口通常還包括USB，PCI,TU-R 656、ts/ac97/、3D、2D、閃存、DDR、SD等接口。MCU接口：通用I/O即GPIO、模數轉換 AD、數模轉換DA、串行通信接口UART、 串行外設接口SPI、I2C、CAN、USB、嵌入式以太網、LED、LCD等